一种令牌总线时隙预定义方法与流程

本发明涉及工业级控制系统数据转存领域，特别是采用总线转存大量数据的核电安全级控制系统。

背景技术：

现场总线控制系统是近年来的一种新型工业控制系统，是继DCS之后的又一种更加优越的开放式的全分布工业控制系统。现场总线用于过程自动化、工业自动化等领域的现场智能设备互联通信，作为工业数字通信的基础，建立了工业现场与控制设备及其管理层之间的通信联系。

目前现场总线有很多种类，应用于工业现场的就有10多种，如CAN，LONWORKS，PROFIBUS等，这些总线方法各有其优点，数据能够可靠通信，但通信响应时间长，通信速率过低，不满足高速控制系统要求的快速高效通信，故不能完全解决大型核电工业控制系统中的可靠高速通信问题。

同时，一般的大型核电工业控制系统由多个模块组成，每个模块通过独立的总线与控制模块通信，完成相对独立的采集、运算输出和控制功能。在多个总线共同通信的系统中，如何分配总线时隙，则是保证通信可靠、可控的最大难点，也是目前核电工业控制系统亟需解决的问题。

目前在核电安全级控制系统中，大多采用总线一问一答式的总线分配方式，每个单元占用总线的时隙不固定，且单元之间干扰较大，通信易破坏。因此，一问一答式的总线分配通信方式功能较单一，不能满足核电安全级控制系统可靠、高速通信的要求。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种既能可靠通信又能快速响应通信且交互时间短的令牌总线时隙预定义方法。

实现本发明目的的技术方案：一种令牌总线时隙预定义方法，其系统预先定义令牌总线时隙优先级，每个单元通过接收的报文，判定当前占用总线的单元、时隙及占用时隙的先后顺序，并计算出自己占用的总线时隙，依次占用总线发送报文。

如上所述的一种令牌总线时隙预定义方法，其所述的系统为核电安全级控制系统。

如上所述的一种令牌总线时隙预定义方法，该具体方法包括如下步骤：

第一步：系统启动前，把总线周期T等分为N个时隙，记为t_n，n∈{1,2,...,N}，每个时隙占用的时间Δt＝T/N，并预先定义总线上所有M个单元的时隙优先级，其中控制单元A优先级最高，分配时隙为t₁至t_i，共i个时隙，且每个时隙仅有一个单元，每个单元只发一个报文；

第二步：系统启动后，控制单元A载入初始令牌启动的等待时间t₀；

第三步：等待时间到达后启动总线令牌，所有单元开始工作，控制单元A在第一个总线时隙t₁占用总线发送第一个报文，在第二个时隙t₂发送第二个报文，直到i个时隙结束；

第四步：同时，总线上其他M-1个单元接收报文，判断当前占用总线的单元、时隙及占用时隙的先后顺序；

第五步：根据接收的报文时间及个数，其他M-1个单元计算出自己占用的总线时隙t_n，依次占用总线发送报文。

如上所述的一种令牌总线时隙预定义方法，其第二步系统启动后，控制单元A载入初始令牌启动的等待时间t₀，等到时间到达后启动总线令牌，在第一个总线时隙t₁，控制单元A发送第一个报文，经过Δt后即在时隙t₂发送第二个报文，直到i个时隙结束，总线上其他M-1个单元接收报文；同理，在时刻t，各个单元通过式(1)计算

若k-1＜t/Δt≤k，可知总线时隙是t_k，并通过计算得出是第m单元的第2个时隙，又第m单元共分配j个时隙，则第m+1单元需继续等待，在时隙t_k+j-1即在(j+k-1)Δt时刻开始占用总线发送报文，以此类推，所有单元均按照总线时隙预定义的模式占用总线发送报文。

本发明的效果在于：

针对现有核电安全级控制系统中传统总线分配不能快速响应和通信速率低的问题，本发明提出一种新的令牌总线时隙分配预定义方法，即在系统启动前预先定义总线上所有单元的时隙优先级及其所占用的时隙个数，其中控制单元A为最高优先级，系统启动后，控制单元A载入初始令牌启动的等待时间，等待时间到达后启动总线令牌，首先触发总线发送报文，其他单元通过接收的报文判断出当前的单元及时隙，并计算出该单元发送报文的时隙及时刻，从而既能可靠通信，又可提高通信速率。

采用本发明提出的总线时隙预定义的存储工作模式，总线上所有单元能够通过接收报文的个数及时间，判断当前占用总线的单元及时隙，按照预定义总线时隙优先级顺序发送报文。本发明提出的令牌总线时隙预定义通信方法即可实现可靠通信，又可加快通信响应并缩短交互时间。

附图说明

图1为本发明所述的一种令牌总线时隙预定义方法实施步骤；

图2为本发明所述的令牌总线时隙预定义模型。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明所述的一种令牌总线时隙预定义方法作进一步描述。

实施例1

如图1至图2所示，本发明所述的一种令牌总线时隙预定义方法，核电安全级控制系统预先定义令牌总线时隙优先级，每个单元通过接收的报文，判定当前占用总线的单元、时隙及占用时隙的先后顺序，并计算出自己占用的总线时隙，依次占用总线发送报文。以此实现每个单元与总线通信独立，降低单元之间的干扰，并能快速响应缩短交互时间。

具体方法的实施步骤如下，如图1所示：

第一步：系统启动前，把总线周期T等分为N个时隙，记为t_n，n∈{1,2,...,N}，每个时隙占用的时间Δt＝T/N，并预先定义总线上所有M个单元的时隙优先级，其中控制单元A优先级最高，分配时隙为t₁～t_i，共i个时隙，且每个时隙仅有一个单元，每个单元只发一个报文；

第二步：系统启动后，控制单元A载入初始令牌启动的等待时间t₀；

第三步：等待时间到达后启动总线令牌，所有单元开始工作，控制单元A在第一个总线时隙t₁占用总线发送第一个报文，在第二个时隙t₂发送第二个报文，直到i个时隙结束；

第四步：同时，总线上其他M-1个单元接收报文，判断当前占用总线的单元、时隙及占用时隙的先后顺序；

第五步：根据接收的报文时间及个数，其他M-1个单元计算出自己占用的总线时隙t_n，依次占用总线发送报文。

在上述第二步系统启动后，控制单元A载入初始令牌启动的等待时间t₀，等到时间到达后启动总线令牌，在第一个总线时隙t₁，控制单元A发送第一个报文，经过Δt后即在时隙t₂发送第二个报文，以此类推，直到i个时隙结束，总线上其他M-1个单元接收报文。同理，在时刻t，各个单元通过式(1)计算

若k-1＜t/Δt≤k，可知总线时隙是t_k，并通过计算得出是第m单元的第2个时隙，又第m单元共分配j个时隙，则第m+1单元需继续等待，在时隙t_k+j-1即在(j+k-1)Δt时刻开始占用总线发送报文，以此类推，所有单元均按照总线时隙预定义的模式占用总线发送报文。

实施例2

本发明所述的一种令牌总线时隙预定义方法：

首先，系统启动前，把总线周期360ms等分为72个时隙t₁至t₇₂，每个时隙间隔Δt＝5ms，并按照优先级顺序定义总线上26个单元占用的总线时隙，其中控制单元A分配第1～12个时隙即0～60ms，控制单元B分配第13～24个时隙，其他24个单元每个单元分配2个时隙。

系统启动后，控制单元A载入初始令牌启动的等待时间t₀＝3s；

接着，3s后启动总线令牌，26个单元开始工作，在第1～12个总线周隙内，控制单元A在0～5ms内发送第一个报文，在5～10ms内发送第二个报文……，同时控制单元B和其他24个单元都接收报文，并计算得出当前占用总线的是控制单元A。

然后，控制单元B在第13个时隙开始发送报文，其他25个单元(包括控制单元A)接收报文，统计接收报文的总数，计算其占用总线的时隙并在该时隙发送报文。若在时刻t＝242ms，除了正在发送报文的单元，其他25个单元通过计算得到即判定当前是第15单元占用时隙t₄₉，第16单元还需等待8ms在时隙t₅₁发送报文，第22单元通过计算得知需继续等待((22-1-2)×2+24)×5-242＝68ms才能占用总线发送报文。

同时，控制单元A在第一个总线周期的t₁～t₁₂发送报文后，接收来自其他25个单元的报文，以此计算下一个总线周期的开始。26个单元按照总线周期内时隙预定义依次占用总线发送报文。

采用本发明提出的令牌总线时隙预定义方法，每个单元与总线独立通信，且能通过接收的报文计算其预定义的时隙顺序占用总线，即使总线上有某单元或某几个单元发生故障，其它单元依然能继续正常通信。故本发明提出的总线时隙预定义通信方法既可提高通信的可靠性，又能够快速响应缩短总线与单元的交互时间。